直径 200 nm 未満の立方体の表面に「くっつく」電磁場の最初の XNUMX 次元マップは、材料がどのようにナノスケールで熱を放散するかについて新たな光を投げかけます。フランスとオーストリアの研究者が入手した画像は、立方体の表面近くに表面フォノンポラリトンとして知られる赤外線光子のような励起の存在を明らかにしている。この現象は、ナノエレクトロニクス部品から廃熱を運び、冷却するために利用される可能性がある。
フォノンは、イオン固体内で発生する粒子状の集団振動励起 (または原子振動) です。それらは振動電場を引き起こし、固体表面の光子と結合して表面フォノンポラリトン (SPhP) を生成します。これらの振動励起と光子励起のハイブリッドは物体の表面でのみ見られるため、通常、バルク材料ではほとんど重要ではありません。ただし、オブジェクトが縮小し、表面と体積の比率が増加するにつれて、その影響は劇的に増加します。
SPhP はまた、中赤外線 (3 ～ 8 mm) から遠赤外線 (15 ～ 1000 mm) の波長範囲に電磁エネルギーを集中させます。この特性により、分子の増強（ラマン）分光法などの用途でそれらを使用できる可能性があります。
近距離の視覚化
このようなアプリケーションはすべて、メタマテリアルまたはナノ粒子の表面に存在するナノ構造の電磁場に依存しています。しかし、このいわゆるニアフィールドを視覚化することは困難であることが判明しています。電子エネルギー損失分光法 (EELS) などの先駆的な技術は、電子がこれらの表面場に遭遇したときに失うエネルギーを測定することによって機能しますが、生成できるのは 2D 輪郭のみです。他の技術では、洗練された再構成アルゴリズムを EELS と組み合わせて使用して、フィールドの 3D 画像を生成しますが、以前はこれらは可視波長に限定されていました。
新作では、 マチュー・コシアク CNRS/パリサクレー大学の同僚、 ジェラルド・コスライトナー グラーツ工科大学の博士らは、コンピューター モデルと断層撮影 EELS スペクトル イメージングと呼ばれる技術を組み合わせて、酸化マグネシウム (MgO) のナノ結晶を取り囲む 3D フィールドをイメージングしました。これを行うために、彼らは電子および光子分光顕微鏡用に開発された新世代の走査トンネル電子顕微鏡 (STEM) を使用しました。この顕微鏡は、超高エネルギーと空間分解能で物質の光学特性を調べることができます。この装置 (「クロマテム」と呼ばれる改造 NION ヘルメス 200) は、60 keV の電子ビームをモノクロメータでフィルタリングして、7 ～ 10 meV のエネルギー分解能のビームを生成します。
ティルトテクニック
Kociak、Kothleitnerらは、サンプル全体にわたってこの電子ビームを走査することにより、MgOナノキューブの形状を明らかにする高角度の環状暗視野画像を収集した。次に、サンプルをさまざまな角度に傾け、立方体をさまざまな方向で画像化し、各スキャン位置で EELS スペクトルを記録しました。最後に、彼らは画像再構成技術を使用して、結晶の周囲のフィールドの 3D 画像を生成しました。
表面フォノンポラリトンが熱伝達を促進
彼らが説明している新しいアプローチは、 科学、最終的には結晶上の特定の点をターゲットにして、それらの間の局所的な熱伝達を測定できるようになります。多くのナノ物体は熱伝達中に赤外線を吸収するため、この技術はそのような伝達の 3D 画像も提供する必要があります。 「これは、ナノエレクトロニクスで使用されるますます小型化するコンポーネントの熱放散を最適化するための探求の道のXNUMXつです」と研究者らは述べています。
研究チームは現在、その技術をより複雑なナノ構造の研究に応用することを計画している。しかし、コシアク氏はこう語る。 物理学の世界 これを可能にする前に、「いくつかの理論的側面をさらによく理解する必要がある」としている。
出典: https://physicsworld.com/a/surface-electromagnetic-fields-mapped-in-3d-at-the-nanoscale/
